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PVC手套行业有机废气的处理对策

相章分享VOCs治理技术
2021-08-17
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  根据《2018年中国卫生健康统计年鉴》公布的数据,截止到2017年底中国医疗行业从业人员达957.15万人,按照国外医疗行业50%以上的人员消耗PVC卫生手套的比例计算,每人每天消耗4只手套,年需求量就达69亿只。PVC手套生产过程中会产生大量的挥发性有机物(VOCs),其中的有机物含有大量的有刺激性、有毒、有害且致癌的成分,严重影响到人们身体健康及周边环境。

在现代的PVC手套生产行业中,针对排出的有机废气常采用传统的治理方法为:水洗法和活性炭吸附法。但传统治理方法往往会出现经济性差、稳定性差的弊病。因此针对PVC手套生产行业有机废气的特点提出了一种切实可行的挥发性有机废气处理工艺。

1 工艺流程以及产污环节

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PVC手套生产工艺流程及产污环节如图1所示,生产流程包含以下步骤:

(1) 配料、搅拌:将一定比例的原材料:PVC粉、增塑剂、降黏剂、稳定剂在专用的容器中使用搅拌泵混合成乳液,混合过程中会产生少量的粉尘(G1),粉尘废气G1通过布袋除尘器进行处置即可达标排放;

(2) 浸渍:处理好的原材料输送至生产线的浸渍槽中,流水线上的手模依次从浸渍槽中完成浸渍,使手模表面均匀的涂上乳液,随后手模随生产线进入烘干机;

(3) 塑化、冷却:进入烘干机的手模在195~210 ℃的温度下塑5 min,塑化成型后的产品进入冷却环节。在塑化、冷却的过程中会产生一部分有机废气(G2),主要为PVC粉、增塑剂、降黏剂、稳定剂等在塑化加热过程中产生的,成分比较复杂,用VOCs表征。有机废气G2通过管道汇总至有机废气处理设备处进行处理后排放;

(4) 脱模:经过烘干,对冷却的手套进行卷边,脱模后的手套为成品PVC手套。

2 现有废气处理技术存在的不足

PVC手套生产过程中产生的有机废气G2往往采用水洗或活性炭吸附的方式进行处理,但是在生产实践中并未取得很好的处理效果,具体表现如下:

(1) 水洗法如水喷淋塔在PVC手套废气的处理中有广泛的应用,水洗法对于非水溶性有机废气治理效果欠佳,而且烘干、冷却的废气在进入有机废气处理设备之前往往会在烟道中析出大量的油分,油分以颗粒物的形式随废气进入水喷淋塔,久而久之大量油分被喷淋塔截留,喷淋塔被油污堵塞,难以清理,使得企业不得不停止设备使用。

(2) 活性炭吸附法是利用活性炭对有机废气中的有机物进行吸附处理的方法,作为处理有机废气常用的吸附剂,活性炭具有如下特点:比表面积较大、孔径范围广、表面富含多种官能团、性能稳定以及可以再生等。活性炭的有效吸附温度为5~50 ℃,而烘干与冷却废气通过集气罩收集时的温度约为190 ℃,经过烟道的输送进入废气处理设备前的温度约为80 ℃,因此活性炭吸附的效果往往不理想,而且活性炭吸附饱和后必须要及时更换,大大增加了设备的运行费用。

3 废气治理工艺确定

通过总结以往工程中出现的问题,针对某PVC手套生产企业烘干、冷却环节产生的有机废气G2设计了一套废气处理工艺:首先采用前置换热器降废气温度降至40 ℃左右,然后利用高压静电除油设备除去废气中的油分,最后利用光催化氧化设备处理废气中残留的有机物。

3.1 前置换热器

本项目采用气-水换热器对废气进行冷却,利用常温水对废气进行降温。气-水换热器的原理如图2所示,通过降温可以使废气中的小颗粒油分凝结成大颗粒油分,更有利于后部高压静电设备的捕捉。

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3.2 高压静电除油设备

静电油烟净化器是利用阴极在高压电场中发射出来的电子,以及由电子碰撞空气分子而产生的负离子来捕捉油烟粒子,使油烟粒子带电,再利用电场的作用,使带电油烟粒子被阳极所吸附,以达到除油烟的目的。高压作用下电晕电场还会产生具有强氧化性的O3,O3具有除臭的功能;因此,该静电净化设备具有除油﹑清烟﹑除臭等效果。高压静电除油设备的工作原理如图3所示。

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3.3 光催化氧化设备

光催化氧化设备以N型半导体为催化剂,当紫外光照射到半导体时,半导体的价带电子吸收紫外光的能量后受激发跃迁成为光生电子,形成光生空穴,与激发到导带的电子形成电子空穴对,它们可以生成具有氧化能力的高活性自由基,加速反应系统中反应物的降解作用,其反应机理如图4所示。

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4 工程实例

该PVC手套生产企业共有PVC手套生产线8条,每条生产线烘干及冷却风量均为25 000 m3/h,以其中一条生产线的废气处理设备为例,对整个工艺进行说明。废气处理设备工艺流程如图5所示。

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4.1 废气收集

有机废气在废气处理设备末端的离心风机的作用下通过烟道进入废气处理设备。在气温较低的情况下,有机废气会在烟道内凝结,久而久之烟道内会积累较多的油污,影响烟气的正常流动。为了保证烟道的通畅,设计时应在烟道上分段增加低位排液口,并尽量减少烟道的高低起伏[7];若管道过长,则应增加法兰连接段,以方便后续的拆卸及清理工作;为了减少废气中的油分在管道内的沉降,应使废气在烟道内的流速不低于12 m/s。

4.2 废气处理效果

本项目验收按照《橡胶制品工业污染物排放标准》(GB 27632—2011)中新建企业大气污染排放物限值验收,项目验收测得的实际排放值及排放限值如表1所示,其中油烟浓度标准中未提及,不作为环保验收的依据。

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4.3 安全保障

由于PVC手套生产过程中产生的废气含有大量油分,当油分在管道或设备内积累过多时会有爆炸或着火的风险。因此在系统中增加以下安全措施:

(1) 设备两端增加安全风阀,并与前置换热器、高压静电除油设备、光催化氧化设备上的温度传感器联动,当温度超过一定值时,两端的风阀立即关闭,保证火焰不会蔓延;

(2) 在系统中增加氮气储罐,当外界温度过高时,将氮气通入废气处理设备中,有效防止火灾;

(3) 在废气处理设备前增加压力传感器,当压力值过小时说明设备堵塞,提醒操作人员及时清理设备。

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